圆柱齿轮注塑模设计

青岛理工大学毕业设计I摘要针对聚甲醛POM塑料圆柱齿轮的精度和外观质量要求,通过对塑料件结构和成型工艺特性分析,设计出了一套注塑模具。型腔、型芯采用组合式结构,设计了型芯安装定位杆以保证嵌件在型腔中的位置。模具采用点浇口浇注形式,推出机构采用推管推出。并对注射成型工艺参数进行优化,该模具可以实现自动化生产,提高产量。关键词圆柱齿轮；注塑模具；点浇口；推管青岛理工大学毕业设计IABSTRACTACORDINGTOTHEPRECISONANDAPEARNCEDEMANDOFPOMPLASTICDUPLEXGEAR,THESTRUCTREANDFORMINGTECHNOLGYOFTHEPRODUCTAREANLZED,ANDTHEINJECTIONMULDISDESIGNEDCOMBINATIONTPECAVITYANDCOREARETAKEN,ANDLOCATIONDOWELPINISUSEDTOGUARNTETHERELATIVEPOSITONOFCOREINTHEDIECAVITYPINPOINTGATEANDPUSHTUBEAREAPLIEDTOTHEPRODUCTTHEDUPLEXGEARINJECTIONMLDINGPROCESISOPTIMZEDTHEMOULDREALIZEDPRODUCTIONAUTOMATIONOFTHEPLASTICDUPLEXGEARNDIMPROVEDQUALITYKEYWORDKKKSDUPLEXGEARINJECTIONMOULDPINPOINTGATEPUSHTUBE青岛理工大学毕业设计I目目目目录录录录前言1第1章相关技术31塑件制品与成型312塑料制品313塑料成型技术3第2章塑件的分析521工件的原始尺寸52塑料制品的尺寸公差和表面质量623塑料制品的几何形状724模具的初步分析825塑件的成型工艺过程9第3章塑件材料和注塑机的选择931材料选择1032注塑机的选择12第4章注塑模设计1441模具的结构分析1442型腔数量及排列方式1443分型面选择154浇注系统设计1645成型零件设计2146型腔厚度及底板厚度计算2847脱模机构设计2948合模导向机构的设计3249模具的排气和冷却系统3结论34谢辞35参考文献36青岛理工大学毕业设计IV附件1外文资料37附件2外文翻译39青岛理工大学毕业设计1前言目前，我国塑料模具行业日趋大型化，而且精度将越来越高。10年前，精密塑料模具的精度一般为5，现在已达23M。不久，1精度的模具将上市。随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度公差就要求在1以下，这就要求发展超精加工。随着热流道技术的日渐推广应用，热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料，这项技术的应用在国外发展很快，已十分普遍。国内热流道模具也已经生产，有些企业已达30左右，但总的来看，比例太低，亟待发展。随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型工艺的模具将随之发展。模具标准件的应用将日渐广泛，模具标准化及模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。同时，快速经济模具的前景十分广阔。由于人们要求模具的生产周期越短越好，因此开发快速经济模具越来越引起人们的重视。例如研制各种超塑性材料来制作模具；用环氧、聚酯或在其中填充金属、玻璃等增强物制作简易模具。这类模具制造工艺简单，精度易控制，收缩率较小，价格便宜，寿命较高。还可用水泥塑料制作汽车覆盖件模具。中、低熔点合金模具，喷涂成型模具，电铸模，精铸模，层叠模，陶瓷吸塑模及光造型和使用热硬化橡胶快速制造低成本模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换冲头等也将日益发展。另外采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。模具工业发展的关键是模具技术的进步。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。世界上许多国家都大力发展模具工业，并且已经取得了显著的经济效益。经济发展快时产品畅销，自然要求模具能跟上；而经济发展滞缓时期，产品不畅销，企业必然千方百计开发新产品，同时会对模具带来强劲需求。因此模具工业被成为不衰工业。青岛理工大学毕业设计2塑料模具发展很快，在国内模具工业产值中塑料模具所占比例不断扩大。电视机、空调、洗衣机等家用电器所需的塑料模具基本上可立足于国内生产。重量达1020吨的汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具和多达600腔的塑封模具已可自行生产。在精度方面，塑料尺寸精度可达IT67级，型面的粗糙度RA0050025M，塑料模使用寿命达100万次以上。近年来，国内一些钢铁企业相继引进和装备了一些先进的工艺设备，使模具钢的品种规格和质量都有较大的改善。在模具制造中已较广泛地采用新的钢材，如冷作模具钢D2、D3、A1、A2、LD、65NB等；热作模具钢H10、H13、H21、4CR5MOVSI、45CR2NIMOVSI等；塑料模具钢P20、3CR2MO、PMS、SMI、SMII等。这些模具材料的应用在提高质量和使用寿命方面取得了较好的效果。快速制模技术也在国内多家单位开展研究，目前研究较多的有电弧喷涂成形模具技术和等离子喷涂制模技术。国内模具企业中已有相当多的厂家普及了计算机绘图，并陆续引进了高档CAD/CAE/CAM，UG、PRO/ENGINEER、IDEAS、EUCLIDIS等著名软件在中国模具工业应用已相当广泛。一些厂家还引进了MOLDFLOW、CFLOW、DYNAFORM、OPTRIS和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于塑料模、冲压模和压铸模的设计中。近年来，我国自主开发CAD/CAE/CAM系统有很大发展。例如，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件，北京机电研究所开发的锻模CAD/CAE/CAM软件，北航华正软件工程研究所开发CAXA软件，吉林汽车覆盖件成型技术所独立研制的商品化覆盖件冲压成型分析KMAS软件等在国内模具行业拥有不少的用户。青岛理工大学毕业设计3第1章相关技术随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业及日常生活等各个领域的应用越来越广泛，塑料是继钢铁、木材、水泥之后，当代新兴的第四大类工业材料。1塑料制品与成形目前世界上塑料的体积产量已经超过了钢铁，成为当前人类使用的第一大类材料。中国的塑料工业正在飞速发展，塑料制品的应用已经深入到国民经济的各个部门。塑料工程通常是指塑料制造和改性，塑料成型及制品后加工。塑料制品和模具设计是塑料工程的重要组成部分，是塑料工业中不可少的环节。12塑料制品塑料的密度低，又具有耐蚀和绝缘性能，有较多品种，有的减摩或耐磨性能好，有的防震抗冲性能优越，有的耐疲劳性能突出，这时的塑料制品在国民经济的各个行业，无论是机械电子仪表或电子电器，还是建筑、包装和交通工具等领域内得到广泛应用。塑料可加工性强，可以用注塑、挤塑、热成形和压延等方法高效的生产各种制品。它又可经纤维增强或改性，一定程度改善制品所需的某些性能。另外，塑料制品易着色，又可多样修饰，使它能经“浓妆淡抹”后走进千家万户。在塑料制品生产中，工程技术人员必须熟练制品设计的有关理论、方法、结构和造型。塑料制品设计又与成形模具的设计制造和应用密切相关。13塑料成型技术塑料制品不同于金属零件，很少采用刀具进行切削加工，也极少采用高聚物的溶液状态来成形加工。绝大多数高聚物的加工成形都经过熔体的流动和变形，通过模具加工成形制品。青岛理工大学毕业设计4塑料成型加工及其模具技术是一门不断发展的综合性学科，不仅随着高分子材料合成技术的提高、成形设备和成形机械的改革、成型工艺的成熟而进步，而且随着计算机技术、数值模拟技术等在塑料加工领域的渗透而发展。塑料加工是将原材料转变成制品的关键环节。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料及设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业是国民经济的基本工业，被称为“工业之母”。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。模具一般可分为塑胶模具与非塑胶模具，塑胶模具根据生产工艺和生产产品的不同又分为注射成型模电视机外壳、键盘按钮（应用最普遍）吹气模饮料瓶压缩成型模电木开关转移成型模集成电路制品挤压成型模胶水管、塑胶袋热成型模透明成形包装外壳旋转成型模软胶洋娃娃玩具注塑成型作为一种重要的成型加工方法，生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性强、生产效率高和消耗低等特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。但由于注塑制品和成型模具结构方案的千变万化，所以传统的注塑模具设计多以人工经验为主。模具是一种生产塑料制品的工具，需要几组零件部分才能构成一个模具整体，成型模腔是这个组合中最重要的部件。整个模具是被安装在注塑机上的，注塑时，成型模腔内被注入熔融塑料，并在腔内冷却定型，接着上下模分开，此时制品被顶出系统，从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑。整个过程以循环方式进行。注塑模具是由若干块钢板配合各种零件组成的，基本分为成型装置，定位装置，固定装置，冷却系统，恒温系统，道流系统，顶出系统。根据浇注系统形式的不同可将模具分为三类青岛理工大学毕业设计5大水口模具。流道及浇口在分模线上，与产品在开模时一起脱模，设计最简单，容易加工，成本较低，所以较多人采用大水口系统作业。细水口模具。流道及浇口不在分模线上，一般直接在产品上，所以要多设计一组水口分模线，设计较为复杂，加工较困难，一般要视产品要求而选用细水口系统。热流道模具。此类模具结构与细水口大体相同，其最大区别是流道处于一个或多个有恒温的热流道板及热唧嘴里，无冷料脱模，流道及浇口直接在产品上，所以流道不需要脱模，此系统又称为无水口系统，可节省原材料，适用于原材料较贵、制品要求较高的情况，设计及加工困难，模具成本高。热流道系统主要由热浇口套、热浇道板和温控电箱构成。目前，塑料制品已经深入到人们生活当中，甚至代替了某些钢材。易加工，成本低，密度低等优点，使得塑料的使用越来越多。随着塑料制品的使用，必然面临着塑料的成型问题。塑料的成型方式主要有注塑、压塑、挤塑等方式。第2章塑件的分析根据齿轮的齿顶圆尺寸较小的情况，确定所需模具属于小型模具；根据图纸精度要求查出了齿轮各个部分的公差；为了便于脱模，对塑件的壁和孔都选择了一定的脱模斜度，分析了塑件的成型工艺。21工件的原始尺寸所要设计的塑件为齿轮，属于正常齿制，齿顶高系数HA1，齿根系数C025，模数M1，齿数Z28，所以齿根高度为HFHACM1251125CM齿顶高为HA1M1CM分度圆直径为青岛理工大学毕业设计6DMZ28CM齿顶圆直径为DAD230CM齿根圆直径为DFD2HF255CM2塑料制品的尺寸、公差和表面质量1塑料制品的尺寸这里的尺寸是指制品的总体尺寸，而不是壁厚、孔径等结构尺寸。由于塑料流动性的限制，对于流动性差的塑料或薄壁制品进行注塑模塑时，制品尺寸不宜过大，以免熔体不能充满型腔或形成熔接痕，从而影响制品外观和强度。此外，注塑模塑制品的尺寸受到注塑机的公称注塑量、合模力和模板尺寸的限制。塑件的主要尺寸如图21所示图21塑件尺寸2塑料制品的公差影响塑料模塑制品公差的因素主要有模具制造误差及磨损，尤其是成型零件的制造和装配误差以及使用中的磨损，塑料收缩率的波动，模塑工艺条件的变化，塑料制品的形状，飞边厚度的波动，脱模斜度及成型后制品的尺寸变化等。青岛理工大学毕业设计7塑料制品分诶8个精度等级，根据塑料品种不同，每一种塑料可选其中的3个等级。模具制造的精度一般比塑料制品的精度高出12各等级。（3）塑料制品的表面质量塑料制品的表面质量包括有无斑点、条纹、凹痕、起泡、变色等缺陷，还有表面光泽性和表面粗糙度。表面缺陷必须避免，表面光泽性和表面粗糙度应根据塑料制品使用要求而定。根据上面的要求，对所给定的塑料制品精度定为MT4，模具精度为IT6查模塑件尺寸公差表（GB/T144861993），塑件的精度为MT4，齿轮的径向基本尺寸为30MM，故公差036（A）；高度尺寸为6MM，公差取018（A）。筒壁部分径向基本尺寸为20MM，公差取032（A）；高度尺寸为9MM，公差取020（A）。侧型芯径向尺寸为6MM，公差取038（B）；高度为25MM，公差取036（B）（以上A、B指尺寸公差表中的“公差种类”）。23塑料制品的几何形状（1）脱模斜度为了便于塑料制品脱模，以防脱模时擦伤制品表面，与脱模方向平行的制品表面一般应具有合理的脱模斜度。其大小主要取决与塑料的收缩率、塑料制品的形状和壁厚以及制品的部位。在一般情况下，脱模斜度为30130，但应根据具体情况而定。当制品有特殊要求或精度要求较高时，应该用较小的斜度，外表面斜度可小至5，内表面斜度小至1020，高度不大的，还可以不要脱模斜度；较高、较大的尺寸选用小的斜度；塑料制品形状复杂的，不易脱模的，应取较大的脱模斜度；制品上有凸起或加强筋，单边应有45的斜度；侧壁带皮革花纹应具有46的斜度；塑料制品壁厚大的应选用较大的斜度；在开模时，为了让制品留在型芯上，内表面斜度比外表面斜度小，相反，为了让制品留在型腔一边，则外表面斜度比内表面斜度小。根据该制品的形状和壁厚，并且为了制品留在型芯一边，选用内面脱模斜度为30，外表面脱模斜度稍大，为35。为了使塑件在开模时留在动模上及顺利脱模，齿轮的轴套孔以及筒壁都应有一定的脱模斜度。轴套孔长度小于筒壁，其斜度小于筒壁内孔斜度，而筒壁外表面斜度应小于内控的斜度。由于齿为工作部分，其强度要求高，所以不能有脱模青岛理工大学毕业设计8斜度，以免影响齿轮的工作性能。齿轮的尺寸虽然很小，但精度要求也较高，所以脱模斜度要选择小些。齿轮的周边不存在对脱模产生影响的结构，所以脱模斜度选为筒壁部分，外壁5，内表面10；轮齿部分，外壁0，内表面5。（2）塑料制品的圆角塑料制品上所有转角应尽可能采用圆弧过渡。采用圆弧过渡的好处在于避免应力集中提高强度，改变熔体在型腔中的流动状况，有利于充满型腔，便于脱模。在制品结构上无特殊要求时，制品的各连接处的圆角半径不小于051MM。对于使用上要求必须以尖角过渡或分型面处和型芯与型腔配合不变制成圆角时，则仍以尖角过渡。齿轮的棱角主要有轴套部分，如果采用圆弧过渡，则型腔型芯不易加工，所以没有需要采用圆弧过渡的部分。24模具的初步分析图22所示为工件简图。从图上看出，工件主要是由三个部分组成带轴套齿轮、筒壁和其上的一个侧孔。轴套和筒壁孔同心不同径。筒壁侧孔需采用抽芯机构。图22工件简图端面1和端面2是齿轮的最大投影面，初步可以选定其中一个面为分型面。开模的时候因存在侧向抽芯机构，故要先抽芯后开模。青岛理工大学毕业设计9筒壁部分是用于定位的，所以它和轴套孔要同心，而齿轮是通过轴套与轴连接的，所以轴套和齿轮的同轴度也要求较高。在设计模具时，应充分考虑。25塑件的成型工艺过程注射成型工艺过程包括成型前的准备、注射成型过程以及塑件的后处理三个阶段。（1）成型前的准备为使注射过程能顺利进行并保证塑件的质量，在成型前应进行一系列必要的准备工作，内容如下。原材料外观的检验和工艺性能的测定物料的预热和干燥嵌件的预热料筒的清洗脱模剂的选用（2）注塑成型过程在注塑机和模具上通过加料、加热塑化、加热注塑、保压、冷却定型、脱模等工序，对塑料进行成形。（3）后处理主要用于解决注塑过程中由于塑料在型腔内结晶、取向和冷却不同而产生的一些内应力，从而导致塑件在使用过程中产生变形或开裂。为解决这些问题，要对塑件进行适当的后处理，其主要方法是退火和调湿处理。第3章塑件材料和注塑机的选择合适的材料和加工手段是制造合格产品的基础，应选择合适的材料和注塑机。青岛理工大学毕业设计1031材料的选择（1）齿轮分析注塑零件是齿轮，故其承受循环载荷，需要较高的强度、很好的耐磨性，并且疲劳强度要好。目前所常用的热塑性材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙基酸甲酯、聚甲醛、聚碳酸酯等。从流动性上比较，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯属于流动性好的一类，聚甲基丙基酸甲酯、聚甲醛属于中等类，而聚氯乙烯是最差的。同时，聚甲醛，聚乙烯的流动性受温度变化的影响很小。2主要高分子材料1）聚乙烯结晶热塑性树脂。它们的化学结构、分子量、聚合度和其他性能很大程度上均依赖于使用的聚合方法。聚合方法决定了支链的类型和支链度。结晶度取决件分子链的规整程度与其所经历的热历史。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能最低使用温度可达70100，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀不耐具有氧化性质的酸，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，但由于其为线性分子可缓慢溶于某些有机溶剂，且不发生溶胀，电绝缘性能优良；但聚乙烯对于环境应力化学与机械作用是很敏感的，耐热老化性差。主要用于塑料管、塑料板、塑料绳以及承载不高的零件2）聚丙烯无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用。具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。主要用于各种机械零件如接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件，其成形的收缩范围大，易发生缩孔、凹痕及变形；热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路。3）聚氯乙烯稳定；不易被酸、碱腐蚀；对热比较耐受。聚氯乙烯具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90的硫酸、浓度为60的硝酸和浓度20的氢氧化钠）、机械强度及电绝缘性良好的优点。聚氯乙烯对光、热的稳定性较差。软化点为80，于130开始分解。在不加热稳青岛理工大学毕业设计1定剂的情况下，聚氯乙烯100时即开始分解，130以上分解更快。受热分解出放出氯化氢气体，使其变色，由白色浅黄色红色褐色黑色。阳光中的紫外线和氧会使聚氯乙烯发生光氧化分解，因而使聚氯乙烯的柔性下降，最后发脆。从这里不难理解，为什么一些PVC塑料时间久了就会变黄、变脆的原因。主要用于耐蚀管道、管件、输油管、离心泵、鼓风机等。4）聚甲醛聚甲醛是一种没有侧链，高密度，高结晶性的线性聚合物，具有优异的综合性能。聚甲醛是一种表面光滑，有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，可在40100C温度范围内长期使用。它的耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越，又有良好的耐油，耐过氧化物性能。很不耐酸，不耐强碱和不耐太阳光紫外线的辐射。聚甲醛的拉伸强度达70MPA，吸水性小，尺寸稳定，有光泽，这些性能都比尼龙好，聚甲醛为高度结晶的树脂，在热塑性树脂中是最坚韧的。具抗热强度，弯曲强度，耐疲劳性强度均高，耐磨性和电性能优良。主要用于长时间反复承受外力的齿轮。尺寸稳定、吸水率小，故制件的精度较高。（3）选择材料虽然，低压聚乙烯也具有硬、耐磨、耐蚀的性能，但其在热的作用下易老化、其用途仅限于承载不高的零件。成型时注射方向的收缩率和处置方向的收缩率不一样，制件容易产生变形，产生缩孔，这些对于要求高强度的齿轮来说是非常不利的。而聚丙烯也具有硬度好及抗疲劳弯曲程度高的特点，但在氧、热的作用下极易解聚、老化。成型时也容易发生缩孔、凹痕和变形，对齿轮也不利。聚氯乙烯则由于热稳定性较差，长时间加热会导致分解，应用温度范围也较窄，一般在1555度之间。所以聚甲醛是最佳的材料。聚甲醛的成型工艺聚甲醛流动性差，成型困难，若成型条件大，模具需要加热装备，主浇道粗而短，分浇道少转弯。聚甲醛还有毒，型芯、型腔要进行电镀处理。聚甲醛未结晶型高聚物，结晶度为7580，加上凝固速度快，当从定型转变为结晶状态时，会产生较大的体积变化，使成型收缩率达1535，造成制品表面凹陷。因此必须严格控制加工工艺，并对制件进行热处理以提高其成熟稳定性和减少内应力。聚甲醛的稳定性较差，当树脂超过正常温度加工上限青岛理工大学毕业设计12或在允许温度下停留时间较长，均会引起分解，产生强烈刺激性的甲醛气体，轻则产生变色和气泡重则导致爆炸事故。因此在保证塑件流动性的前提下，应尽量用较低的加工温度和较短的受热时间，注射之间一般为25S。一旦分解，立即缓慢地降低机筒温度，并设法清洗变色材料。为了防止局部过热而分解，成型设备中不得存在料流死角，同时与树脂的接触中应避免使用铜或铜合金材料。聚甲醛的加工温度设定一般是机筒后方165210；机筒中间170210；机筒前方180215；射嘴170215；模具40120；射料速度可以是适中的快速；射压无论是在首次阶段还是次阶段一般为1000BAR，最大不超过1700BAR；转动线速度不超过0105M/S；背压越低越好，最高不超过200BAR。聚甲醛虽然吸湿性低，但是由于造粒时用水冷却，故要求在8090干燥4H。32注塑机的选择（1）选择原则注射量（容积）不能大于注射机额定注射量的80V注08V额注射量不能小于注射机额定注射量的20V注02V额所给零件选取材料为聚甲醛（POM），故选用螺杆式注射机。塑件的体积V9X314X202152/43142532628/227/223144627575MM35CM3齿轮体积很小，如果采用单型腔的话，注射机额定注射量可以选择为大约10CM3。可以选择直角式注射机，型号为SYS20，其额定注射量为20克，换算成POM的体积为143CM3。满足注射模具的注射量不能大于注射机额定注射量的80的原则。注射机料筒内的熔料在注射时大概有70参与了注射（包括浇注系统的青岛理工大学毕业设计13凝料以及进入型腔的成型材料），大大超过了20的最低限度，符合注射机的额定注射量的选择。表面上此型号注射机似乎比较合理，但是忽略了生产率的提高。POM的注射时间都很短，本模具选择2S，因为他在较高温度长时间停留的话，会分解产生气体，甚至引起爆炸事故。所以，POM的注射时间是确定的，而且使用不同的注射机，首先要保证其注射时间在POM所能承受的时间范围之内，且时间相差很小。故注射时间对生产率的影响不大。考虑到可以采用多型腔方案，齿轮的体积小，如果采用多个型腔，在同一时间内可以成型多个零件，比起单型腔模具生产效率有很大提高。但是型腔又不能太多，根据生产积累的经验每增加一个型腔，塑件的精度会下降4左右，实际上多型腔设计是采用了舍精度而求效率的方法。而塑件精度为MT4，是比较高的精度，所以在型腔数目的选择上，不能盲目的增加数目而降低塑件精度。所以，经过充分分析后，选择两个型腔比较合理。考虑到浇注系统的凝料部分，可取模具注射体积为15CM3，换算成质量为21克，超过了SYS20直角式注射机的额定注射量。所以另外选择注射量为20CM3，型号为SZ25/20的注射机。（2）注射机校核1）锁模力校核锁模力必须大于型腔内压力，以免在注射过程中由于锁模力过小而造成模具胀开发生溢料现象。查表41取型腔压力位35MPA，得锁模力为FPMNAZAJ35211025AJ90KN式中，AZ，AJ分别为型腔投影面积和浇注系统的投影面积。所选注射机的锁模力为200KN远大于90KN，故锁模力可靠。2）最大注射力校核塑件形状并不复杂，属于中等流度的一般制品，所以POM注射压力在100120MPA之间。本塑件可选用100MPA的注射力。而所选注射机的最大注射压力为200MPA，比100MPA大，满足要求，故最大注射压力可靠。3）开模行程校核对于双分型面开模行程按下式校核青岛理工大学毕业设计14SH1H2A（510）式中S注塑机最大开模行程（移动模板台面形成），MM；A定模座板与定模腔板分开的距离（应足以取出凝料），MM；H1塑件脱模距离，MM；H2包括流道凝料在内的塑件高度，MM。S2106938（510）63MM最大开模行程大于模具所需的开模行程，所以选用的注塑机满足要求。第4章注塑模设计按照模具的设计步骤，对模具的各个结构进行详细设计。通过对各个结构的可能方案进行比较，择优选取，最终确定了最终优化的模具结构。41模具的结构分析零件具有侧孔，因而注射模具具有侧向抽芯结构。故模具的结构主要有浇注系统、成型机构、导向机构、脱模机构、侧向抽芯机构、加热冷却系统、排气系统（聚甲醛对温度很敏感，故需良好的排气系统以防压缩空气的高温造成零件的局部烧坏及产生气泡等缺陷），其他部件。42型腔数量及排列方式模具根据型腔数目可分为单型腔和多型腔。根据注射机选择时的分析，模具的型腔采用的是多型腔方式，型腔数目为两个。采用多型腔生产效率高，塑件的成本低，但是塑件的互换性差。型腔的排列通常有圆形排列、H型排列、直线型排列及复合排列等；又有对称排列及非对称排列之分。在选择型腔布局方式时，首先要考虑到型腔的布局要力求对称，以防模具承受偏差力而产生溢料现象，型腔排列也应紧凑，以节约模具材料，减轻模具重量。青岛理工大学毕业设计15非平衡式主要用于某些特殊情况。由前面分析之，型腔数目已经定位两个，在平面位置上不可能采用非平衡式，只能采用平衡对称式布置。它不属于圆形排列，应以直线型腔排列方式设计。由于直线型腔排列方式稳定性较差，所以锁模力需大些。又从前面所选注射机锁模力校核来看，锁模力远大于型腔的压力，故平衡性没有太大的影响，可以不考虑。故型腔的排列方式为直线型排列。43分型面的选择分型面的设计在注射模的设计中占有相当重要的位置，分型面的设计合理与否直接影响塑件的质量、模具的整体结构及工艺操作难度及模具的制造成本。分行面可以为一个也可以为多个。分型面的选择分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处，以利于塑件从定模顺利脱模。应有利于塑件脱模，一般模具的脱模机构通常设置在动模一侧，模具开模后塑件应该停留在动模一边，以便模具顺利脱模。要保证塑件的精度要求，塑件光滑的表面不能做为分型面，以避免影响外观质量，塑件中要求同轴度的部分要放在分型面的同一侧，以保证塑件同轴度的要求。考虑到模具的侧向抽拔度，由于模具侧向分型是由机械式分型机构来完成的，所以抽拔距都比较小，选择分型面时应将抽芯和分型距离长的方向置于开合模的方向，将小抽拔距的方向作为侧向分型和抽芯方向。作为主要大排气渠道，应将分型面设置在熔融塑料的流动末端，以利于行腔内气体的排除。考虑模具的加工难度，要使模具易于加工，工艺要力求简单。如图22所示，从齿轮的结构上分析可知只需要一个分型面。塑件并没有说明各个表面要光滑，而且它的主要功能是传动，只要保证精度和同轴度要求，分型面的位置可以任意选择。遵照分型面的设计原则应设置在最大投影面上，以便齿轮顺利脱模，有两种方案选择一个是端面1，灵一个是端面2。当选择2作为分型面时，交口的设置可以是端面3，也可以是端面1。如果交口设置在端面1，则塑料流动到端面3时，由于筒壁间距较小，里面的空气有青岛理工大学毕业设计16可能受到压缩而不能排除，造成充模不到位。同时在注射力的压缩下，空气会发热，使POM分解，甚至发生意外事故。如果将浇口设置在端面3，就可以避免这一问题。因为塑料在充模过程中，不能一下子将端面1充满，空气有空间排除。但是端面3横截面小，当型芯固定之后，浇口就无法放置，因为型芯和浇口会发生干涉。所以如果选用端面2作为分型面时，浇口的正确位置应该设置在端面1虽筒壁的部分间隙小，但塑件的体积很小，可以利用模具的缝隙顺利排气。在这种情况下，轴套型芯和筒壁孔型芯应该分开以顺利脱模。轴套型芯和齿轮型腔可以都设置在动模上，以保证齿轮的同轴度要求。齿轮型腔的加工也比较容易，可以直接用内齿轮的加工方法加工。，筒壁内孔和轴套型芯在开模合模的过程中，两者的同心要求难以满足，所以否定了端面2作分型面的方案。当选择端面1作为分型面时，根据上面的分析，浇口也可设置在端面1那么型芯可以加工为一体，满足了筒壁和轴套的同心要求，再将型腔也固定在动模上，就满足了齿轮型腔和轴套孔的同轴度要求，型腔和型芯都放置在动模上。熔融塑料直接从浇口进入型腔，分型面和浇口在同一个平面上。开模时，齿轮由于冷却收缩而紧固在动模型芯上，随着型芯移动，从定模中脱出。符合模具设计的原则。所以选择端面1为分型面合理。4浇注系统设计浇注系统的设计是注射模具中一个重要环节，设计时应遵循以下原则1）型腔布局要采用平衡方式，型腔和浇口开设部位要力求对称，型腔排列要紧凑。2）分浇道的流程要尽量短，端面尺寸要尽可能大，减少弯曲、死角并增加流道表面的粗糙度以减少热量的散失和压力的损失。3）在满足各型腔充满物料的前提下，尽量减少浇注系统的容积，以减少塑料的消耗量。4）浇注系统要有良好的排气功能，防止塑件出现缺陷，浇口应去除方便，不影响塑件的美观和使用。模具采用了两个型腔，故需要设置分浇道以便熔料能同时充满两个型腔。为青岛理工大学毕业设计17了取出浇注系统凝料，在分浇道平面增加一个分型面，将模具改为双分型面结构。浇注系统应该由主浇道、分浇道、浇口和冷料穴组成。（1）主浇道的设计主浇道位于模具中心，是连接注射机喷嘴与分浇道的通道，垂直于分型面。为了使浇道中凝料顺利拔出，将其设计为圆锥形，如图41所示。锥角约为24，对流动性差的取610。POM流动性稍差些故选取主浇道锥角为图41主浇道7，主浇道内壁表面粗糙度RA取小值，为08UM。通常主浇道进口端直径为48MM，并考虑到进口段凹坑直径比注射机喷嘴球面直径大051MM。注射机的喷嘴球面直径为100MM，所以进口端凹坑半径为R110MM，H2/5R2/51144MM，可以取H60MM实践证明，注射模主浇道和分浇道的切变速率51025103S1时，所以成形制品的质量较好。对于一般热塑性塑料，根据经验公式33QV/RN2式中QV熔体的体积流量，CM3/S；RN浇道端面尺寸的当量半径，CM。根据前面的注射机选择，可知熔体的体积流量QV为QV35/1425CM3/S青岛理工大学毕业设计18对于小型模具，主浇道取5102S1，但是POM需要较快的注射速度，所以此模具取5103S1。代入公式得33QV/RN25103，RN44主浇道进口端直径取为D9MM。在保证制品成形的条件下，主浇道的长度应尽可能短，以减少压力损失及废料率，一般可小于或等于60MM。对于POM而言，主浇道应该很短，所以取主浇道长度为30MM。出口端直径DD2LTAN/2128MM出口端圆角半径R1/8D16MM主浇道进口和注射机喷嘴头部接触的表面是一种是平面，一种是弧面，平面连接在密封式需要具有很高的压力，实际生产中很少应用。加之本模具属于小型模具，所以选用弧面连接。（2）主浇道衬套和定位环主浇道与高温塑料熔体和注射机喷嘴反复接触和碰撞，所以一般不将主浇道开设在定模上，而是将它单独开设在主浇道衬套中，通常在淬火后嵌入模具，这样在损坏时便于更换和修磨。为了使主浇道与喷嘴和料筒对中，在主浇道衬套上增加定位环，喷嘴可以在定位环的作用下和主浇道进口对准进料。对于小型模具可将主浇道衬套与定位环设计成一个整体，如图42所示。衬套长度与定模配合部分的厚度一致，主浇道出口处的端面不得突出在分型面上，定位环高度取为8MM。青岛理工大学毕业设计19图42主浇道衬套与定位环1定位环2定模垫板3主流道衬套4定模板（3）拉料杆的设计主浇道长度为30MM，在开模的时候主浇道的凝料需要被同时取出。目前常用的结构主要有Z形拉料杆、球头形拉料杆、倒锥形拉料杆三种形式。结合本模具的设计可以看出，所用的拉料杆开模时不能运动，主要是靠外力从一个固定的位置拉出，所以在主浇道位置设置一球头形拉料杆，将凝料在开模后拉向动模方向，利用一个特殊机构拉料勾，在开模的过程中将凝料从分浇道中取出。（4）分浇道的设计模具采用了双型腔设计，故而要设计分浇道。分浇道用于连接主浇道和浇口，常用的分浇道截面形状有圆形、正方形、梯形、U形半圆形和正六角形等。浇道的截面面积越大，其损失热量就越多，压力损失越小。通常用浇道的截面积和表面积的比值来表示浇道的效率。其中圆形和正方形的效率最高。但是圆形浇道要在浇道两边板上同时加工出半圆形槽，加工难度大，而且浇道不容易对正，浇注时会产生飞边。而正方形由于四角容易滞料，使部分POM长时间停留在了浇注系统中，并承受高温，容易分解，发生事故。梯形和U型效率差不多，梯形浇道同样容易存在死角，所以选择常用的半圆形浇口，这种浇口不存在死角，而且利于POM流动，加工的时候也不需要在两边板上加工。分浇道长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置。从输送熔体时的减少压力损失和热量损失的要求出发，应力求缩短，分浇道断面尺寸取决于多种因素，其中包括塑件重量和壁厚、塑料黏度和分浇道本身的长度。分浇道断面积应青岛理工大学毕业设计20能保证型腔充满并补充因腔内收缩所需的熔体后方可冷却凝固。因此，分浇道断面直径或厚度应大于塑件壁厚。按这一要求，聚烯烃类塑料，分浇道直径应该是塑件最大壁厚的16倍。聚缩醛类塑料应该是15倍。绝大部分塑件的分浇道断面尺寸都在310MM之间，少数低粘度塑料的塑件可小于3MM，高黏度塑料的塑件可大于10MM。表41列出常用塑件分浇道断面尺寸推荐范围，其数据是根据长期经验积累并试验验证的。表中数据适用于圆形分浇道，对于其他的截面形式，应按表中数据折算。表41不同塑料的分浇道截面直径据表41，选分浇道直径为9MM。为防止分浇道前端冷料进入浇口和型腔，堵塞浇口和对塑件性能产生影响，在分浇道末端设置冷料穴用于收集前端的冷料。其长度一般为分浇道直径，此处取为9MM。分浇道的布置分浇道应该以平衡式布置，即分浇道长度、形状和截面尺寸必须对称，以达到各个型腔的塑料流动平衡和热平衡，使物料均匀的充满各个型腔。（5）浇口设计浇口是连接分浇道和型腔的一段细短浇道，它的形状、数量、尺寸和位置对塑件的质量影响很大。1）浇口的尺寸和类型浇口的截面积一般取分浇道截面积的36,浇口的长度约为115MM,在设计时应取最小值，试模时逐步修整。浇口的形状有矩形（厚度和宽度比为13）、圆形、梯形和U形。浇口的类型有直浇口、侧浇口、青岛理工大学毕业设计21平缝式浇口、扇形浇口、点浇口、环形浇口等。从齿轮形状看，侧浇口不合适，因为型芯很细，熔料高速冲击容易使型芯变形。平缝式浇口一般用于直壁形式，环形扇形浇口易在齿轮上留下浇口形状。因此选择点浇口，点浇口具有很大的位置自由度，浇口周边的应力小且浇口可以自行拉断，同时其两端的压力差大，可以产生剪切热，增加了塑件的表面流动性，能正确控制补料时间，无倒流之虑。此模具在开模后，浇口处在模板之间，浇口凝料应易于和塑件分离。浇口长度为11MM，浇口直径为上端分上AD34/14283/408MM下端D下08205COT402MM2浇口位置结合齿轮的形状以及分型面的选择，将浇口设置在齿轮的端面1为使熔料同时充满型腔可以选用多个浇口同时进料。但是浇口多了会增加分浇道的长度，造成大的压力降，选择两个浇口合适，易于布置，熔料在两个位置同时注入型腔，减少了注塑时间，他的布置方式有两种一种是在圆周上布置两个浇口；另一种是在T字架两边各设一个浇口。圆形布置适合于多浇口方案，加工方式比T形布置要简单，但材料利用率低，凝料太多，没有冷料穴，温度低的熔料进入点浇口可能会迅速冷却导致浇口堵塞。T型布置适合于浇口为2个或3个的方案，加工虽然比圆形复杂，但材料利用率高，浇道末端的冷料穴能将冷料收集而不使其进入点浇口。所以，此处选择T型布置两个点浇口。45成型零件的设计（1）成型零件的设计应具备的性能由于成型零件直接和高温熔料接触，其质量直接影响塑件的质量，所以必须具备如下性能1）具有足够的刚度和强度，以承受塑料熔体的高温与高压。青岛理工大学毕业设计22）具有足够的硬度和耐磨性能，以承受流料的摩擦和磨损。3）具有良好的抛光性能和耐蚀性能。4）加工性能好，可淬性良好，热处理变形小。5）成型部位有足够的位置精度和尺寸精度型腔和型芯选择45号钢材料，它是塑性材料，其屈服点为S355MPA。（2）成型零件的结构设计凹模（型腔）设计凹模是成型塑件的外表面形状的模具零部件。按其结构不同分为整体式凹模、整体嵌入式凹模、四壁拼合式凹模、拼块式凹模。结合齿轮形状、尺寸以及模具的加工分析，整体式凹模虽然适用于中小型模具，并且加工塑件表面无痕迹，但是其加工困难，更何况是具有双齿轮型腔的模具，整体式凹模浪费材料，热处理变形较大，加上POM本身收缩将会使生产出的齿轮塑件精度降低，合格率降低。因而不能选择整体式凹模，同样不宜使用镶嵌式凹模、四壁拼合式凹模和拼块式凹模。此模具的型腔位于动模上，它包括轮齿型腔和筒壁型腔两部分。齿轮型腔加工很简单，可以用车圆孔插齿的方式加工，筒壁型腔可以直接用车床加工，加工工艺简单，不符合镶嵌式凹模的应用场合。而且用镶嵌式凹模还要为保证塑件表面质量而增加磨平、抛光等工序，增加了型腔的加工工艺及加工成本，齿轮并不存在侧凹，模具也不需要侧向分型，故不选拼块式凹模，置于四壁拼合式凹模，则适用于矩阵型腔的。综合以上分析，选择整体嵌入式凹模。型腔的加工简单，成本也不高。在凹模损坏需要修理或者更换时，整体式凹模也容易拆除和安装。虽然成型后可能会出现诸如毛刺等缺点，但它也有助于分型，且不会对齿轮的精度和使用产生影响。结合齿轮的精度及轴套和齿之间的同轴度关系，用整体嵌入式凹模可以利用固定板精确定位，从而保证了齿轮轴套和齿之间的同轴度。所以整体嵌入式凹模为最佳选择。轮齿型腔和筒壁型腔必须分开加工，因为两个不能加工在同一个实体上嵌入两块不同的固定板，在用螺钉将两块板连接起来。型腔的外部可以制成圆形或正方形，但是为了方便加工和节省材料，将型腔的外部制成圆形，因为型腔是轴对称的，所以其旋转不会对塑件产生影响，不需要用销钉或平键来止转。型芯结构设计型芯是成型塑件内表面的模具零部件，根据结构不同分青岛理工大学毕业设计23为整体式型芯、镶嵌式型芯、组合式型芯。整体式型芯可以直接加工在固定板和型腔上，成型牢固、质量好，适合齿轮这种小尺寸注塑件，但其加工难度大；镶嵌式是将型芯单独加工之后再用配合的方式固定于型芯固定板上，加工简单，节省材料；组合式应用于复杂型芯，因为齿轮轴套很简单所以不适用。因此，选用镶嵌式型芯，对于小型模具实用，便于安装。型芯可以加工成带台阶的，利用过盈配合将型芯与固定板固定，再施以树脂连接，动模型芯在固定之后，为消除安装在凹模固定板上由于底部不平产生的应力，增加一道平磨工序。（3）成型零件的工作尺寸设计成型零件的工作尺寸指成型零件上直接用来成形塑件部位的尺寸，主要包括型腔和型芯的径向尺寸、型腔的深度和型芯的高度尺寸、型腔与型芯的位置尺寸等。在模具设计过程中应根据塑件的尺寸、精度来确定模具成型零件的工作部分尺寸及精度。影响塑件尺寸和精度的因素主要有1）成型收缩率塑料成型后的收缩率与材料、塑件的结构、模具的结构以及成型的工艺条件等因素有关,因此在实际工作中，成型收缩率的波动很大，从而引起塑件的尺寸误差很大，塑件尺寸的变化值为S（SMAXSMIN）LS式中，S塑料收缩波动而引起的塑件尺寸误差，MM；SMAX塑料的最大收缩率，；SMIN塑料的最小收缩率，；LS塑件的尺寸,MM。一般情况下，由成型收缩率波动引起的塑件尺寸误差要求控制在塑件公寸公差的1/3以内。2）模具成型零件的制造误差模具成型零件的制造精度是影响塑件尺寸精度的重要因素之一，模具成型零件的制造误差越小，塑件的尺寸精度就越高。但是模具零件加工困难，制造成本和加工周期也会加大加长。实践证明，如果模具青岛理工大学毕业设计24成型零件的制造误差在IT7IT8级之间，成型零件的制造公差站塑件尺寸公差的1/3。3）模具成型零件的磨损模具在使用过程中，由于塑料熔体流动的冲刷、脱模时与塑件的摩擦、成型过程中可能产生的腐蚀性气体的锈蚀以及由于上述原因造成的模具成型零件表面粗糙度提高而要求重新抛光等，均可造成模具成型零件尺寸的变化，凹模或型腔尺寸变大，凹模或型芯尺寸变小。对于中小型塑件，模具成型零件最大磨损可取塑件公差的1/6以下。4）模具安装配合的公差模具的成型零件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺寸变化。模具的配合间隙公差应不影响模具成型零件的尺寸精度和位置精度。（4）成型零件工作尺寸的计算1）模腔工作尺寸的计算模腔尺寸计算包括型腔和型芯的径向尺寸、型腔深度和型芯高度尺寸、中心距尺寸的计算。A凹模径向尺寸计算选择平均尺寸法计算，公式为LM（1SCP）LS3/40Z校核公式为LMZCSMINLSLS式中，LM凹模径向尺寸，MM；LS塑件径向公称尺寸，MM；SCP塑料的平均收缩率，；塑件公差值，MM；Z凹模制造公差，MM；C凹模的磨损量，MM；SMIN塑料的最小收缩率，；3/4系数随塑件精度和尺寸变化，一般在0508之间。塑件公差值轮齿公差1036（A），同比公差2032A。青岛理工大学毕业设计25塑件径向公称尺寸齿腔300360MM,为齿轮分度圆直径；筒壁200320MM。塑料的平均收缩率查相关资料，聚甲醛收缩率为153，故平均收缩率为SCP225。塑料最大和最小收缩率SMAX30，SMIN15。凹模的制造公差Z1（1/3）1012，Z2（1/3）20117凹模的磨损量C1（1/6）1006，C2（1/6）20053将参数代入式中，算出型腔尺寸得齿腔顶圆凹模径向尺寸3010008004齿腔分度圆凹模径向尺寸28130012齿根圆凹模径向尺寸2560002010筒壁凹模径向尺寸20150012齿腔顶圆LMZCSMINLS29905HS6筒壁HMSMAXHS8999LS646型腔厚度及底板厚度的计算型腔模在注射成型过程中，由于注射压力很高，型腔内部承受熔融塑料的巨大压力，这就要求型腔具有一定的强度和刚度。如果型腔的强度和刚度不够，将会造成模具的断裂和变形。型腔侧壁所受的压力应以型腔内所受最大压力为准，对于大型模具型腔，常由于刚度不足而弯曲变形，应按刚度计算；对于小型模具的型腔，型腔常常在弯曲变形之前，其内应力就已经超过许用应力，应按强度计算。从前面的有关设计可以看出，此模具型腔比较小，最大只有28MM，属于小型模具，因此，在校核时应按照强度计算。齿腔和筒壁型腔都是圆形，因此，应选择圆形型腔强度的计算公式。型腔是嵌入固定板的，因此属于组合式型腔。强度计算公式为1221PRS（49）式中，S圆形型腔的侧壁厚度，MM；R型腔半径，可取塑件半径，MM；P型腔压力，MPA；模具材料的许用应力，MPA。轮齿部分塑件的轮齿部分齿顶圆半径R15MM，型腔压力P35MPA,模具材料的须用应力S/15236MPA，代入公式（49）得到S4MM，只要型腔壁厚大于4MM，就能承受型腔内35MPA的压力。为了使型腔在加工中容易固定，取型腔壁厚为20MM。故轮齿型腔外部尺寸为R35MM筒壁部分筒壁内孔半径R75MM，代入式（49）得到S2MM，只要大于2MM就可以承受型腔内的压力。为了使型腔固定板容易加工，结构简单，可以取筒壁厚度为25MM。底板厚度计算公式为青岛理工大学毕业设计29H（122PR2/）1/211RP/1/2式中，H型腔厚度，MM；P型腔内压力，MPA；R型腔半径，MM；模具材料的许用应力，MPA。轮齿部分H（122PR2/）1/2635MM筒壁部分H（1